摘要：本文針對(duì)高速公路16m跨徑空心板橋梁結(jié)構(gòu)的加寬，建立空間梁格模型，考慮恒載、活載等級(jí)變化、新橋沉降及材料收縮徐變的效應(yīng)，分析舊橋上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力的變化趨勢(shì)，并判斷舊橋梁體的安全性。
　　關(guān)鍵詞：空心板橋梁加寬,拼接,梁格法,有限元分析
　　
　　隨著珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高速公路逐漸連接成網(wǎng)，交通流量大增，目前道路服務(wù)水平明顯降低，高峰時(shí)段常有交通事故發(fā)生。為發(fā)揮高速公路的最大效益，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，擬將佛開高速公路謝邊至三堡段長46.1km按雙向八車道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改擴(kuò)建。橋梁加寬擴(kuò)建成為高速公路改擴(kuò)建關(guān)鍵技術(shù)之一，針對(duì)目前我省已建成高速公路的橋梁結(jié)構(gòu)中,大量使用了部頒典型空心板簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀,本文對(duì)16m跨徑空心板梁橋的加寬進(jìn)行研究,分析橋梁加寬設(shè)計(jì)中關(guān)心的加寬后舊橋上部構(gòu)造的內(nèi)力變化趨勢(shì)，為橋梁加寬設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　1空心板橋梁加寬方案介紹
　　本方案結(jié)構(gòu)特性為鉸接,采用鉸縫與整體化層共同連接，在舊橋空心板邊緣植入鋼筋,新橋則預(yù)埋，新梁架梁并預(yù)壓一年后,待收縮徐變基本完成時(shí)再進(jìn)行連接。施工前先將舊橋邊緣50cm范圍橋面鋪裝及整體層鑿開,置放連接鋼筋,再在鑿開的整體層內(nèi)澆筑C40混凝土,橋面鋪裝仍為瀝青砼。空心板梁拼接方案拼接構(gòu)造如圖1.1。
　　                                                                  
　                                                                                           　圖1.1空心板梁拼接構(gòu)造圖
　　2計(jì)算分析
　　計(jì)算中實(shí)際建模時(shí)，利用MIDAS（civil）程序，建立全橋空間仿真模型，將全橋劃分為900個(gè)節(jié)點(diǎn)，1867個(gè)單元，8個(gè)施工階段及1個(gè)運(yùn)營階段。新、舊橋空心板見采用鉸接連接方式，單元組成：空心板采用空間梁格模擬，整體化層采用薄板單元。板與梁通過共節(jié)點(diǎn)連接。鉸縫模擬：各空心板之間用橫向梁?jiǎn)卧�連接，通過釋放梁端約束來模擬鉸接。具體拼接方式見圖2.1所示(1#-8#梁為新橋，9#-19＃為舊橋),8#梁及9#梁拼接。其結(jié)構(gòu)仿真模型如圖2.1。
　　                                             
　                                                               　圖2.1結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算模型
　　2.1恒載作用下跨中恒載作用下位移
　　通過對(duì)拼接和不拼接情況下靠近拼接縫處幾片空心板梁撓度進(jìn)行對(duì)比得出結(jié)論，預(yù)應(yīng)力空心板梁預(yù)應(yīng)力的作用下產(chǎn)生上撓變形，在不拼接的情況下，舊橋已經(jīng)經(jīng)過多年的收縮徐變，其變形已經(jīng)接近停止，在新橋建成10年內(nèi)舊橋9#空心板跨中撓度變形從-14.8mm增加到-15.8mm，增幅僅增加0.3mm；新橋由于建成不久，其收縮徐變對(duì)撓度的影響較為明顯，在運(yùn)營十年后恒載作用下新橋8#空心板的跨中撓度變形為-22.1mm，和建成時(shí)-19.2mm相比增加2.9mm。在拼接情況下，舊橋和新橋之間相互作用，舊橋在拼接后由于受到新橋空心板上撓趨勢(shì)的影響，對(duì)其有向上拖的趨勢(shì)，其9#空心板跨中撓度經(jīng)10年運(yùn)營之后由-14.8mm變?yōu)?15.8mm，跨中上撓撓度增加1mm，與不拼接情況相比，撓度增加0.7mm；同樣新橋變形由于舊橋?qū)ζ渥璧K作用，新橋8#空心板經(jīng)過10年的收縮徐變跨中撓度增加1.2mm，與不拼接時(shí)增加的2.9mm相比減少1.7mm。
　　從以上對(duì)比結(jié)果可以看出，新橋?qū)εf橋變形起到積極的作用，使舊橋繼續(xù)往上變形，這對(duì)于舊橋受力是有利的，而舊橋?qū)π聵虻淖冃纹鹱璧K作用這相對(duì)與自由變形下的新橋而言，對(duì)其受力是不利的。
　　2.2支反力比較
　　計(jì)算結(jié)果表明，支反力發(fā)生變化的主要是相連的兩邊板和靠近相連處的新老橋兩中板（下表中分別用新中支座和老中支座表示）。表2.1表統(tǒng)計(jì)出了支反力的變化幅度，其中以拼接前為基準(zhǔn)值。
　　表2.1支反力的變化比較表

                              
　　上表可知：由于新橋空心板向上撓的帶動(dòng)作用，相臨幾片梁的支座反力發(fā)生了重新分配，拼接前后支反力的變化不大，支座不易出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。
　　2.3恒載作用下內(nèi)力（彎矩、剪力）比較
　　新、舊結(jié)構(gòu)拼接后結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變，收縮、徐變引起的相對(duì)位移差使得新、舊結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化。
　　　                                  　表2.2拼接前后新、舊空心板恒載作用下內(nèi)力變化對(duì)照表

                                           
　　由表2.2可以看出，拼接后，由于新橋收縮對(duì)舊橋向上拖的作用，舊橋跨中負(fù)彎矩繼續(xù)增大，新橋變形由于受到舊橋的阻礙作用以及收縮徐變的影響，其跨中彎矩較小進(jìn)一步加劇，但仍未出現(xiàn)正彎矩。拼接前后在拼接位置老橋空心板受新橋上撓所帶來的影響，其支座附近剪力呈明顯減小。新橋由于上撓過程中受到老橋阻礙作用,其支座附近剪力明顯增大。
　　2.4支座沉降作用下的比較
　　由于空心板拼接采用鉸接連接，新舊橋梁之間主要是通過剪力來進(jìn)行內(nèi)力傳遞。以下是新橋空心板按照沉降2mm進(jìn)行考慮的計(jì)算結(jié)果。
　　                             　表2.3拼接后支座沉降對(duì)新、舊橋空心板引起的內(nèi)力（kN.m）

                        
　　由表2.3可以看出，新橋支座沉降對(duì)舊橋產(chǎn)生向下的拖動(dòng)作用，對(duì)舊橋產(chǎn)生正彎矩和剪力，舊橋跨中彎矩增大，支座剪力增大，由此可知，沉降將對(duì)舊橋產(chǎn)生不利影響。新橋跨中彎矩進(jìn)一步減小，支座剪力減小，可見沉降對(duì)新橋受力有利。沉降還對(duì)新、舊橋梁產(chǎn)生一扭矩作用，產(chǎn)生的扭矩較小，不對(duì)結(jié)構(gòu)造成大的影響。
　　2.5活載作用下的比較
　　在拼接前舊橋采用QC-C20汽車荷載（JTJ021-89規(guī)范），新橋采用公路I級(jí)汽車荷載（JTGD60-2004），拼接后橋梁均采用公路I級(jí)汽車荷載（JTGD60-2004）。拼接前后空心板橫向分布系數(shù)變化對(duì)比見表2.4
　　                                  表2.4拼接前后新、舊空心板活載內(nèi)力對(duì)照表
　　             　　
　　從表2.4中可以看出，拼接前后舊橋9#梁由邊梁轉(zhuǎn)化為中梁，其橫向分布系數(shù)明顯減小，由于拼接前后結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變，舊橋其它空心板橫向分布系數(shù)也有不同程度減小。
　　2.6拼接前后舊橋內(nèi)力變化趨勢(shì)
　　在恒載、活載、支座沉降作用下，拼接對(duì)舊橋受力產(chǎn)生有利和無利的影響，本節(jié)將對(duì)在這些影響的共同作用下對(duì)橋梁產(chǎn)生的影響情況進(jìn)行匯總分析。表2.5給出了拼接前后空心板梁內(nèi)力影響變化對(duì)比情況。
　　
　　表2.5拼接后空心板梁內(nèi)力影響變化情況
　                      　　
　　拼接前后汽車荷載等級(jí)由QC-C20汽車荷載（JTJ021-89規(guī)范）提升為公路I級(jí)汽車荷載（JTGD60-2004），舊橋跨中彎矩在拼接梁附近由于橫向分布系數(shù)降低的影響比荷載等級(jí)提升的影響大，其活載彎矩有所減小，在遠(yuǎn)離拼接縫處，橫向分布系數(shù)減小幅度降低，且活載等級(jí)提升，跨中彎矩出現(xiàn)明顯增加。
　　3、結(jié)論
　　(1)加寬拼接前后新、舊橋均未出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象。
　　(2)加寬拼接后舊橋拼接處邊梁變中梁，在活載作用下，舊橋空心板跨中彎矩在拼接縫附近9#～12#梁有所減小，其余有所增加。
　　(3)加寬拼接后舊橋空心板在拼接縫附近9#～12#梁座附近剪力有所減小，其它梁支座附近剪力有所增加。
　　(4)拼接后需對(duì)舊橋空心板最外邊梁進(jìn)行承載力驗(yàn)算以確定結(jié)構(gòu)是否需要進(jìn)行補(bǔ)償加固。